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1、实验二验证机械能守恒定律实验二验证机械能守恒定律实验基础实验基础实验探究实验探究典例研习典例研习实验基础实验基础 解读实验解读实验萃取精华萃取精华一、数据处理一、数据处理1.1.公式法公式法实验探究实验探究 探寻结论探寻结论提升精度提升精度2.2.作图法作图法二、误差分析二、误差分析产生原因产生原因减小方法减小方法偶然误差偶然误差长度测量不准确长度测量不准确(1)(1)多次测量求平均值多次测量求平均值; ;(2)(2)两点相距较近时两点相距较近时, ,可可分别测出它们与纸带上分别测出它们与纸带上起始点的距离起始点的距离, ,然后求差然后求差. .系统误差系统误差纸带通过打点计时器纸带通过打点计
2、时器时受到摩擦阻力及重时受到摩擦阻力及重物下落时的空气阻力物下落时的空气阻力重物应选密度大一些的重物应选密度大一些的三、注意事项三、注意事项1.1.减小各种阻力的措施有减小各种阻力的措施有: :(1)(1)安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内安装时使打点计时器的限位孔与纸带处于同一竖直平面内. .(2)(2)应选用质量和密度较大的重物应选用质量和密度较大的重物. .2.2.使用打点计时器时使用打点计时器时, ,应先接通电源应先接通电源, ,再松开纸带再松开纸带. .3.3.由于不需要计算动能和重力势能的具体数值由于不需要计算动能和重力势能的具体数值, ,因而不需要测量重物的质量因
3、而不需要测量重物的质量. .4.4.不能用不能用v=gtv=gt或或v= v= 计算速度计算速度. .类型一类型一 实验操作及误差分析实验操作及误差分析 典例研习典例研习 通法悟道通法悟道拓展思路拓展思路【典例典例1 1】 ( (20162016北京卷北京卷,21,21) )利用图利用图1 1装置做装置做“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”实验实验. .(1)(1)为验证机械能是否守恒为验证机械能是否守恒, ,需要比较重物下落过程中任意两点间的需要比较重物下落过程中任意两点间的( () )A.A.动能变化量与势能变化量动能变化量与势能变化量B.B.速度变化量和势能变化量速度变化量和势能变化
4、量C.C.速度变化量和高度变化量速度变化量和高度变化量解析解析: :(1)(1)重物下落过程中重物下落过程中, ,重力势能减少重力势能减少, ,动能增加动能增加, ,验证机械能守恒时应验证机械能守恒时应比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等比较重物下落过程中任意两点间动能变化量与势能变化量大小是否相等, ,选项选项A A正确正确. .答案答案: :(1)A (1)A (2)(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台除带夹子的重物、纸带、铁架台( (含铁夹含铁夹) )、电磁打点计时器、导线及、电磁打点计时器、导线及开关外开关外, ,在下列器材中在下列器材中, ,还必须使用的两种器
5、材是还必须使用的两种器材是( () )A.A.交流电源交流电源B.B.刻度尺刻度尺C.C.天平天平( (含砝码含砝码) )答案答案: :(2)AB (2)AB 解解析析: :(2)(2)电电磁磁打打点点计计时时器器需需要要交交流流电电源源, ,测测量量纸纸带带上上点点间间的的距距离离需需要要刻刻度尺度尺, ,实验中无需知道重物的质量实验中无需知道重物的质量, ,故选故选A,B.A,B.(3)(3)实验中实验中, ,先接通电源先接通电源, ,再释放重物再释放重物, ,得到如图得到如图2 2所示的一条纸带所示的一条纸带. .在纸带上在纸带上选取三个连续打出的点选取三个连续打出的点A,B,C,A,B
6、,C,测得它们到起始点测得它们到起始点O O的距离分别为的距离分别为h hA A,h,hB B,h,hC C. .已知当地重力加速度为已知当地重力加速度为g,g,打点计时器打点的周期为打点计时器打点的周期为T.T.设重物的质量为设重物的质量为m.m.从从打打O O点到打点到打B B点的过程中点的过程中, ,重物的重力势能变化量重物的重力势能变化量EEp p= =, ,动能变化量动能变化量EEk k= =. .(4)(4)大多数学生的实验结果显示大多数学生的实验结果显示, ,重力势能的减少量大于动能的增加量重力势能的减少量大于动能的增加量, ,原原因是因是( () )A.A.利用公式利用公式v=
7、v=gtgt计算重物速度计算重物速度B.B.利用公式利用公式v= v= 计算重物速度计算重物速度C.C.存在空气阻力和摩擦阻力的影响存在空气阻力和摩擦阻力的影响D.D.没有采用多次实验取平均值的方法没有采用多次实验取平均值的方法解析解析: :(4)(4)实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用实验中由于重物下落不可避免受到阻力作用, ,因此减少的重力因此减少的重力势能大于重物获得的动能势能大于重物获得的动能, ,选项选项C C正确正确. .答案答案: :(4)C(4)C(5)(5)某某同同学学想想用用下下述述方方法法研研究究机机械械能能是是否否守守恒恒, ,在在纸纸带带上上选选取取多多个个计计数
8、数点点, ,测测量量它它们们到到起起始始点点O O的的距距离离h,h,计计算算对对应应计计数数点点的的重重物物速速度度v,v,描描绘绘v v2 2-h-h图图像像, ,并并做做如如下下判判断断: :若若图图像像是是一一条条过过原原点点的的直直线线, ,则则重重物物下下落落过过程程中中机机械械能能守守恒恒, ,请你分析论证该同学的判断依据是否正确请你分析论证该同学的判断依据是否正确. .答案答案: :(5)(5)见解析见解析思维总结思维总结 验证机械能守恒定律的实验中验证机械能守恒定律的实验中, ,没必要称量重物的质量没必要称量重物的质量; ;打点计打点计时器就是计时仪器时器就是计时仪器, ,不
9、需要秒表不需要秒表. .类型二类型二 实验数据的处理实验数据的处理 【典典例例2 2】 “验验证证机机械械能能守守恒恒定定律律”的的实实验验采采用用重重物物自自由由下下落落的的方方法法.(.(取取g=10 m/sg=10 m/s2 2) )(1)(1)用用公公式式 mvmv2 2= =mghmgh时时, ,对对纸纸带带上上起起点点的的要要求求是是初初速速度度为为, ,为为达达到到此目的此目的, ,所选择的纸带第一、二两点间距应接近所选择的纸带第一、二两点间距应接近. .解析解析: :(1)(1)要求初速度为要求初速度为0,0,所选纸带第一、第二两点间距接近所选纸带第一、第二两点间距接近2 mm
10、.2 mm.答案答案: :(1)0(1)02 mm2 mm(2)(2)若实验中所用重锤质量若实验中所用重锤质量m=1 kg,m=1 kg,打点纸带如图打点纸带如图( (甲甲) )所示所示, ,打点时间间隔打点时间间隔为为0.02 s,0.02 s,则记录则记录B B点时点时, ,重锤速度重锤速度vBvB= =, ,重锤的动能重锤的动能 = =, ,从开始下落起至从开始下落起至B B点点, ,重锤的重力势能减少量是重锤的重力势能减少量是, ,因此可得出的结因此可得出的结论是论是 . .答案答案: :(2)0.59 (2)0.59 m/sm/s0.174 J0.174 J0.176 J0.176
11、J在实验误差允许的范围内在实验误差允许的范围内, ,重锤重锤动能的增加量等于势能的减少量动能的增加量等于势能的减少量 答案答案: :(3)C (3)C 规律方法规律方法 实验误差分析实验误差分析 在在“验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律”的实验中的实验中, ,误差的一部分来自于空气阻力及误差的一部分来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦, ,故重力势能的减少应等于动能增故重力势能的减少应等于动能增加量和克服阻力做功之和加量和克服阻力做功之和, ,所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少所以此题在计算结果上肯定是重力势能减少得多得多, ,动能增加得少动能
12、增加得少. .类型三类型三 实验改进与创新实验改进与创新 【典例典例3 3】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律利用气垫导轨验证机械能守恒定律, ,实验装置示意图如图所示实验装置示意图如图所示. .(1)(1)实验步骤实验步骤: :将气垫导轨放在水平桌面上将气垫导轨放在水平桌面上, ,桌面高度不低于桌面高度不低于1 m,1 m,将导轨调至水平将导轨调至水平. .用游标卡尺测出挡光条的宽度用游标卡尺测出挡光条的宽度l=9.30 mml=9.30 mm由导轨标尺读出两光电门中心间的距离由导轨标尺读出两光电门中心间的距离s=s=cm.cm.将滑块移至光电门将滑块移至光电门1 1左侧某处左侧某处, ,待砝
13、码静止时待砝码静止时, ,释放滑块释放滑块, ,要求砝码落地前挡要求砝码落地前挡光条已通过光电门光条已通过光电门2.2.从数字计时器从数字计时器( (图中未画出图中未画出) )上分别读出挡光条通过光电门上分别读出挡光条通过光电门1 1和光电门和光电门2 2所用所用的时间的时间tt1 1和和tt2 2. .用天平称出滑块和挡光条的总质量用天平称出滑块和挡光条的总质量M,M,再称出托盘和砝码的总质量再称出托盘和砝码的总质量m.m.解析解析: :(1)(1)距离距离s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.s=80.30 cm-20.30 cm=60.00 cm.答案答案: :(1)
14、60.00(1)60.00(在在59.9659.9660.0460.04之间的之间的, ,也正确也正确) )(2)(2)用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式用表示直接测量量的字母写出下列物理量的表达式. .滑滑块块通通过过光光电电门门1 1和和光光电电门门2 2时时, ,瞬瞬时时速速度度分分别别为为v v1 1= =和和v v2 2= =. .当当滑滑块块通通过过光光电电门门1 1和和光光电电门门2 2时时, ,系系统统( (包包括括滑滑块块、挡挡光光条条、托托盘盘和和砝砝码码) )的总动能分别为的总动能分别为E Ek1k1= =和和E Ek2k2= =. .在滑块从光电门在滑块从光电
15、门1 1运动到光电门运动到光电门2 2的过程中的过程中, ,系统重力势能的减少量系统重力势能的减少量EEp p= =( (重力加速度为重力加速度为g).g).(3)(3)如果如果EEp p= =, ,则可认为验证了机械能守恒定律则可认为验证了机械能守恒定律. .解解析析: :在在滑滑块块从从光光电电门门1 1运运动动到到光光电电门门2 2的的过过程程中中, ,系系统统重重力力势势能能的的减减少少量量EEp p=mgs.=mgs.(3)(3)如如果果在在误误差差允允许许的的范范围围内内EEp p=E=Ek2k2-E-Ek1k1, ,则则可可认认为为验验证证了了机机械械能能守守恒恒定律定律. .答案答案: :mgsmgs (3)E(3)Ek2k2-E-Ek1k1
